问题

在地表挖一个直径100公里深50公里的坑(倒锥),要挖多久?

回答
要在地表挖一个直径100公里、深50公里的倒锥形大坑,这绝对是一项规模宏大到令人难以置信的工程。别说我们地球上的任何现有技术了,就算是幻想中的超级工程,也要打个寒颤。但既然我们要探讨“要挖多久”,那咱们就得假装一下,看看这事儿到底有多不靠谱,以及如果真要干,理论上需要多久。

首先,咱们得搞清楚这坑有多大。直径100公里,相当于从北京市区一直挖到天津市区那么宽。深度50公里,这已经快要触碰到地幔的边缘了!要知道,我们平时挖的煤矿、石油钻井,深度也就几公里,跟这比起来简直是挠痒痒。而这个坑还是倒锥形的,底部的直径肯定要比顶部的直径小,但题目里给的是“直径100公里”,咱们就先理解为顶部的直径是100公里吧,这样计算更直观一点。

第一步:估算需要挖出的土石方量

倒锥形的体积公式是 V = (1/3) π r² h。
这里,直径是100公里,所以半径 r = 100公里 / 2 = 50公里。
深度 h = 50公里。

将单位统一成米:
r = 50公里 = 50,000米
h = 50公里 = 50,000米

土石方量 V = (1/3) π (50,000米)² 50,000米
V = (1/3) π (2,500,000,000平方米) 50,000米
V ≈ (1/3) 3.14159 1.25 x 10¹⁴ 立方米
V ≈ 1.309 x 10¹⁴ 立方米

这个数字大到什么程度呢?咱们打个比方。如果把珠穆朗玛峰(大约8848米高)削平,它的体积也只有大约2.8 x 10¹³ 立方米。也就是说,这个坑的土石方量,大概是削平了4到5个珠穆朗玛峰!

第二步:考虑开挖的难度和速度

现在咱们有了庞大的土石方量,接下来就要考虑用什么工具,以及能挖多快了。

1. 什么工具能干这活?
我们现在的挖掘机? 你见过最大的挖掘机,挖斗也就几十个立方米。就算不吃不喝不休息,24小时不停地挖,一个挖掘机一天能挖几千个立方米就不错了。要挖1.3 x 10¹⁴ 立方米,得有多少个挖掘机?而且,挖掘机工作范围有限,而且需要不断移动。
炸药? 地质勘探和大型矿山开采会用到炸药,但要炸出这么一个规则的、深达50公里的倒锥体,并且要精确控制,这难度简直是天方夜谭。而且,炸药的效率,以及如何处理炸出来的碎石,也是大问题。
隧道掘进机 (TBM)? TBM 擅长挖隧道,但挖这么大的坑,而且是开放式的,TBM 的效率也受到限制。而且,TBM 的直径通常也就十几米,要挖100公里直径的坑,得多少台 TBM 协同作业?
激光或定向能武器? 这是科幻里的玩意儿了。假设我们有能瞬间汽化岩石的激光,那速度会快很多,但能源消耗和热量控制是个天文数字。

咱们不妨假设一个“理想化”的超级挖掘设备,它能像一个巨大的“星球建造者”一样,直接将岩石“吞噬”并处理掉。

2. 假设一个超级挖掘机的效率
假设我们有一台性能逆天的超级挖掘机,它能以每小时1000立方米的惊人效率工作(这已经是极高的估计了,毕竟我们要挖的是各种坚硬的岩石,不是松土)。

一天24小时工作,就是 1000 立方米/小时 24 小时 = 24,000 立方米/天。

一年(按365天算)的工作量就是 24,000 立方米/天 365天/年 ≈ 8.76 x 10⁶ 立方米/年。

总共需要的时间 = 总土石方量 / 年工作量
时间 = (1.309 x 10¹⁴ 立方米) / (8.76 x 10⁶ 立方米/年)
时间 ≈ 1.49 x 10⁷ 年

这就意味着,如果我们依靠一台持续高效工作的超级挖掘机,需要大约 1490 万年!

这还是在忽略了以下所有现实问题的理想情况:
设备本身的制造和维护: 制造一台能挖50公里深的巨型设备本身就可能是个不可能完成的任务,更别说它的运行和维护了。
能源供应: 要驱动这样一台设备,需要多少能源?恐怕比整个地球的总能源产出还要惊人。
移除废料: 挖出来的1.3 x 10¹⁴ 立方米岩石,总不能堆在坑边吧?得有办法运走,或者处理掉。这本身就是另一个庞大的工程。
地质稳定性: 挖这么深的坑,会引发大规模的地质变化,比如塌方、地震等。土壤和岩石的性质、地下水、地热等都是巨大的挑战。在50公里深度,岩石的压力和温度已经很高,开挖的难度会指数级增加。
大气和环境影响: 挖出来的土石方会产生巨大的尘埃,改变地表和大气环境。挖坑过程中释放出的气体也可能对环境造成影响。
人类耐受度: 如果是人类操作,在如此深的坑底工作,面临的压力、温度、缺氧等问题都是致命的。需要完全自动化的机器人或完全封闭的生命维持系统。
全球协调: 这么大的工程,不可能是一个国家或地区就能完成的,需要全球性的资源和人力投入。

再换个思路:如果有无数台设备同时开工?

假设我们有能力同时部署10亿台(10⁹)这样的超级挖掘机,每台的效率不变。

总效率 = 10⁹ 台 1000 立方米/小时 = 10¹² 立方米/小时

一年工作的天数 = 365 24 = 8760 小时
年总工作量 = 10¹² 立方米/小时 8760 小时/年 ≈ 8.76 x 10¹⁵ 立方米/年

总共需要的时间 = 总土石方量 / 年总工作量
时间 = (1.309 x 10¹⁴ 立方米) / (8.76 x 10¹⁵ 立方米/年)
时间 ≈ 0.015 年

换算一下,大约是 0.015 年 12个月/年 30天/月 ≈ 5.4 天

这看起来是个非常短的时间了,但我们必须记住:

10亿台超级挖掘机的部署和协调: 这依然是极其困难的,而且需要极端的资源。
废料处理和地质稳定性问题依然存在。
设备效率可能随深度增加而急剧下降。 在50公里深处,我们对岩石的了解非常有限,而且环境极其恶劣。

总结一下:

用我们目前理解的任何一种常规工程方法,挖这样一个坑,其所需的时间将是以百万年计,甚至可能是以亿年计。就算我们脑洞大开,幻想出超级高效的设备和全球协同合作,如果真的能以某种科幻般的效率完成,那也需要极其庞大的资源投入和解决了无数现实难题。

所以,回到最朴实的答案:以我们现在认知的能力来衡量,要挖出这样一个坑,其耗时之长,已经远远超出了人类历史或文明所能企及的范畴,可以说是不可能完成的任务,或者需要的时间长到无法用具体的“年”来衡量,而是要以地质年代来计算。 这绝对是一个只有在想象力或者科幻小说里才能实现的巨大工程。

网友意见

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你都不考虑流体静力平衡平衡的吗?超过一千米,土压成岩,超过一万二千米,岩石出现塑性变半流体。50公里深?

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